用于监测电容式压力测量单元的功能的方法技术

本发明专利技术涉及用于监测电容式压力测量单元(10)的功能的方法，该电容式压力测量单元(10)具有测量电容器(C

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测电容式压力测量单元的功能的方法


[0001]本专利技术涉及用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的功能的方法。

技术介绍

[0002]电容式压力传感器或压力测量设备在许多工业领域中用于压力测量。电容式压力传感器或压力测量设备通常包括作为用于过程压力的变送器的陶瓷压力测量单元和用于信号处理的评估电子器件。
[0003]电容式压力单元由陶瓷基体和膜片构成，其中，在基体与膜片之间布置玻璃焊环。在基体与膜片之间产生的空腔允许膜片由于压力的影响而纵向移动。因此，该空腔也被称为测量室。在膜片的下侧和基体的相对上侧上分别设置电极，这些电极一起形成测量电容器。压力的影响导致膜片变形，这导致测量电容器的电容的变化。
[0004]通过使用评估单元，检测电容的变化并将其转换成压力测量值。通常，这些压力传感器用于监测或控制过程。因此，压力传感器经常连接到更高级的控制单元(PLC)。
[0005]从DE 198 51 506 C1中已知电容式压力传感器，其中，从测量电容器和参考电容器的两个电容值的商来确定压力测量值。尽管在本专利说明书中没有具体描述压力测量单元，但是所描述的电路和方法适用于电容式压力测量单元。该压力测量设备的特征在于，对于输出处的测量信号的评估，作为所检测的压力测量值的测量，仅方波信号的振幅是相关的，与其频率无关。
[0006]从EP 0 569 573 B1中已知用于电容式压力传感器的电路布置，其中，同样使用商法来进行压力评估。
[0007]商法通常假定以下压力相关性：
>[0008]或或其中，C
M
是测量电容器的电容，C
R
是参考电容器的电容，p表示要确定的过程压力。还可以想到的是互换商中的C
M
和C
R
。然而，分母中具有C
M
的示例代表了有利于固有线性化的最常见形式。因此，在下文中，除非另有说明，否则假定为本实施例。
[0009]电容式压力传感器的可靠性变得越来越重要。目的在于关于在测量单元的背对待测量介质的后侧处或在评估电子器件的零件中的可能泄漏电流优化压力传感器的测量原理，以便消除可能由环境引入的并且往往冷凝的潮湿成分。
[0010]作为关于监测电容式压力传感器的功能的现有技术，提及了DE 103 33 154 A1和DE 10 2014 201 529 A1。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是提供用于监测电容式压力传感器的压力测量单元的功能的方法，借助于该方法，使得能够检测特别是由于湿气引起的泄漏电流而对测量结果造成的干扰影响。
[0012]该目的通过包括权利要求1的特征的方法来实现。本专利技术的有利实施例在从属权
利要求中提供。
[0013]本专利技术基于以下认识：在测量单元的背对待测量介质的后侧上的或者在评估电子器件的零件中的湿气以及由此产生的泄漏电流导致由测量电容器结合比较器振荡器生成的三角电压信号U
COM
的变化。在这种情况下，产生了腹形曲线进展，而不是均匀线性的上升和下降曲线进展。具体而言，曲线进展于是呈现为使得在三角信号的上升曲线进展期间和下降曲线进展期间，斜率都减小。取决于电阻性影响有多大，获得或多或少明显的腹形曲线进展。
[0014]根据本专利技术的方法提供了检测这样的信号曲线进展，即在至少两个限定的时间点t1、t2在下降和/或上升信号曲线进展期间，从三角电压信号U
COM
中检测对应的电压值U1、U2，并且基于两个值对t1；U1和t2；U2确定线性方程U＝f(t)。通过使用该线性方程U＝f(t)，可以在下降或上升信号曲线进展内计算时间点t
x
，在该时间点，达到在比较器振荡器中设定为阈值或切换点的电压值U
x
。现在存在两种用于分析并因此用于错误指示的可能性：如果时间点t
x
明显偏离比较器振荡器的实际切换点，或者如果从在时间点t
x
限定的比较器振荡器的切换点计算的虚拟工作频率明显偏离比较器振荡器的实际工作频率，则生成错误信号。
[0015]因此，利用现有的评估电路并且因此在没有额外的部件的情况下，可以借助于适当的信号评估来执行对电容式压力传感器的压力测量单元的功能的监测并且在早期快速地检测由泄漏电流引起的电阻性干扰影响。
[0016]而且，替代性地，也可以考虑微分评估，其中，在至少一个脉冲宽度期间产生的微分方波信号的每个周期，即正脉冲或负脉冲或两个脉冲，至少两次测量脉冲高度，并且将所测量的电压值存储在存储器中。然后，例如通过相减将每个脉冲宽度的至少两个电压值彼此进行比较，并且如果彼此存在显著偏差，则生成对应的错误信号。
附图说明
[0017]下面参考附图基于示例性实施例更详细地解释本专利技术。
[0018]附图示意性地示出：
[0019]图1是电容式压力测量设备的框图；
[0020]图2是电容式压力测量单元的示意性剖视图；
[0021]图3是用于根据图2的电容式压力测量单元的已知评估电路；
[0022]图4是根据本专利技术方法的第一实施例的无错误电压信号和受泄漏电流影响的电压信号的比较；
[0023]图5是根据本专利技术方法的第二实施例的无错误电压信号和受泄漏电流影响的电压信号的比较；以及
[0024]图6是由用于进行根据本专利技术的方法的微控制器补充的图3的评估电路。
[0025]在以下对优选实施例的描述中，相同的附图标记表示相同或相当的部件。
具体实施方式
[0026]图1示出了用于测量过程压力p(例如油、奶、水等的压力)的典型电容式压力测量设备的框图。压力测量设备1设计为双线设备，并且基本上由压力测量单元10和评估电子器件20构成。评估电子器件20包括模拟评估电路30和微控制器μC，其中，评估电路20的模拟输
出信号被数字化并被进一步处理。微控制器μC将评估结果作为数字或模拟输出信号提供给例如PLC。为了供电，压力测量设备1连接到电源线(12
‑
36V)。
[0027]图2示出了用于各种电容式压力测量设备中的典型电容式压力测量单元10的示意图。压力测量单元10基本上由基体12和膜片14构成，该基体12和膜片14经由玻璃焊环16连接到彼此。基体12和膜片14界定空腔19，该空腔19优选仅对于至多50巴的低压范围经由通气通道18与压力测量单元10的后侧连接。
[0028]在基体12和膜片14上都设置了多个电极，这些电极形成了参考电容器C
R
和测量电容器C
M
。测量电容器C
M
由膜片电极ME和中心电极M形成，参考电容器C
R
由环形电极R和膜片电极ME形成。
[0029]过程压力p作用在膜片14上，该膜片14根据加压或多或少地偏转，其中，膜片电极ME与中心电极M之间的距离本质上变化。这导致测量电容器C
M
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于监测电容式压力测量单元(10)的功能的方法，所述电容式压力测量单元(10)包括测量电容器(C
M
)和参考电容器(C
R
)，内部激励电压U
E0
以交流方波信号的形式施加到所述测量电容器(C
M
)和所述参考电容器(C
R
)，并且从所述测量电容器(C
M
)和所述参考电容器(C
R
)的电容值获得压力测量值p，其中，所述激励电压U
E0
借助于所述测量电容器(C
M
)通过积分转换为上升或下降电压信号U
COM
，并且其中，所述电压信号U
COM
被馈送到比较器振荡器(SG)，作为其结果，生成所述激励电压U
E0
，其特征在于，在至少两个限定的时间点t1、t2在下降和/或上升信号进展期间从所述电压信号U
COM
检测对应的电压值U1、U2，并且基于两对值...

【专利技术属性】
技术研发人员：曼弗雷德，
申请(专利权)人：IFM电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：